細菌和其他生物細胞相似，含有多種化學成分，包括水、無機鹽、蛋白質、糖類、脂質和核酸等。水分是菌細胞重要的組成部分，占細胞總重量的75%～90%。菌細胞去除水分后，主要為有機物，包括碳、氫、氮、氧、磷和硫等。還有少數的無機離子，如鉀、鈉、鐵、鎂、鈣、氯等，用以構成菌細胞的各種成分及維持酶的活性和跨膜化學梯度。
細菌尚含有一些原核細胞型微生物所特有的化學組成，如肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等，這些物質在真核細胞中還未發現。
